直埋供热管道保温层外表面温度的测试分析

张国栋 徐志滨 曹素丽

1 概述

2009年石家庄某供热公司主管网，供回水设计温度130℃/70 ℃，设计压力 1.6 MPa。最大管径 1 400，管线长 5.8 km，供水管聚氨酯保温层厚90 mm，回水管聚氨酯保温层厚60 mm，玻璃钢外护管厚12 mm。除过路过河采用隧道敷设方式外，其余采用直埋敷设。另外供水管旁还同沟敷设一条钢套管直埋蒸汽管道，工作钢管DN700，外护钢管DN1 400。

由于DN1 400是当时全国最大的直埋高温水供热管径，为了验证计算结果是否与实际相符，供热公司做了一项高温水工作钢管外表面和保温层外表面温度的测试。测试的方法是在不同埋深处，在供水管与回水管的工作钢管表面顶部与保温层表面顶部分别布置温度传感器，测试该处的温度。供、回水管温度测试6处，共设置了24个温度传感器。2009年采暖季及停运后做了5次测试(采暖期4次，管网停运后1次)，2010年采暖季前后做了5次测试(采暖期3次，管网运行前后各1次)。

表1 2009年采暖季石家庄某热电厂供热参数表

2 实际供热参数

2009年和2010年采暖季热电厂提供的平均供热参数见表1，表2。

表2 2010年采暖季石家庄某热电厂供热参数表

3 理论计算温度

根据《动力管道设计手册》［1-5］，保温层外表面温度按式(1)计算。

其中，ts为保温层表面温度，℃;λt为土壤的热导率，取1.75 W/(m·K);λ为保温材料的热导率，取0.033 W/(m·K);tT为土壤的温度，℃，根据石家庄实际情况，覆土埋深在1.5 m时取9℃，2 m时取10.5℃，3 m时取14℃，3.5 m 时取15.8℃;H为管道的埋设深度(地面到管中心深度)，m;D为管道的保温外径，m;d为管道的保温内径(即工作钢管外径)，m;t为工作钢管外壁温度，℃。通过式(1)计算得到保温层外表面温度，见表3。计算结果表明:相同管径相同保温厚度的供热管道，在土壤和保温材料热导率不变的情况下，保温层外表面温度与管道运行温度和埋深有关，即管道运行温度越高，保温层外表面温度越高;埋深越大，外表面温度越高。

表3 供、回水管保温层外表面温度计算结果表

4 实际保温层外表面温度测试结果

4.1 2009.11 ～2010.03 测试结果

2009.11～2010 .03供、回水管保温层外表面温度测试结果见表4。

表4 2009.11～2010.03供、回水管保温层外表面温度测试结果表

4.2 2010.11 ～2011.03 测试结果

2010.11～2011 .03供、回水管保温层外表面温度测试结果见表5。

表5 2010.11～2011.03供、回水管保温层外表面温度测试结果表

4.3 2010.11 ～2011.03 测试结果

根据实际运行情况，热电厂出口到最末端换热站大约降5℃，平均每千米温降不到0.5℃。假设管道外表面温度一样，将所测数据按覆土埋深进行平均值修正，计算结果见表6。

5 数据比较分析

5.1 数据比较

将表6和表3中相同位置数据进行相减，得出供、回水管保温层外表面理论计算温度与实测温度偏差，见表7。

表6 供、回水管保温层外表面实测温度修正表

表7 供、回水管保温层外表面理论计算温度与实测温度偏差表

5.2 分析

通过表7可以看出:1)每一组所测数据与理论计算温度值都有偏差:±10℃以内的有28个，±10℃ ～±15℃之间有11个，15℃ ～20℃之间有4个，20℃ ～25℃之间有3个，45℃ ～50℃之间有2个;2)所测数据在15℃以下有正负偏差，当超过15℃以上时，都是正偏差(实际所测温度大于理论计算温度);3)在2009年采暖季初级期以负偏差为主，采暖中后期及2010年采暖季都以正偏差为主。

产生偏差的原因分析认为由以下一种或几种原因造成的:1)表1和表2给出的是当天热电厂供热参数的平均值，实际热电厂的供热温度是波动的，会产生一定的偏差;2)所测位置都是在保温接头处，保温效果较差，也可能是现场接口保温没达到设计要求;3)所测数据有一定的测试误差;4)由于测点区域比较广阔，实际土壤导热系数土壤温度会有一定的偏差;5)保温层的实际导热系数有偏差;6)回填土体压实度及管道实际覆土埋深有一定的偏差;7)供水管附近有一条同沟敷设的蒸汽钢套管直埋管道，也会影响实际所测数据;8)理论公式是假设管道埋设深度H≥4D时的情况，与实际敷设情况有较大出入，这也是造成偏差的原因之一。

6 结语

通过所测数据和以上的分析，可以得到以下结论:

1)接头处的保温效果是管道保温的薄弱环节，设计施工应重视;

2)所测数据绝大部分满足设计要求(外表面温度小于50℃);

3)现场测试保温层外表面温度与覆土埋深的关系不是很明显;

4)第二年的保温层外表面温度明显比第一年偏高;

5)热电厂停运后，距热电厂越近，供、回水管道的温度越高，距热电厂越远，供、回水管道的温度越低，在新采暖季运行前供、回水管的温度和保温层外表面的温度趋近于一致，约为20℃;

6)2010.12 .16 和 2011.01.23 两次所测覆土 1.5 m 处的数据明显异常，认为除了可能是现场保温不达标的原因外，也有可能是附近蒸汽产生泄露造成的。

对以上有较大偏差的地方，热电厂计划在2011年对管道进行局部检查，以保证数据测试的准确性。

［1］ 叶全乐，赵迁元，张国维，等.动力管道手册［M］.北京:机械工业出版社，2007:276.

［2］ ［丹麦］兰德劳夫.区域供热手册［M］.哈尔滨:哈尔滨大学出版社，1998.

［3］ 汤惠芬，范季贤.城市供热手册［M］.天津:天津技术出版社，1992.

［4］ CJJ/T 81-98，城镇直埋供热管道工程技术规程［S］.

［5］ 王 飞，赵建伟.直埋供热管道工程设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.